通过生物科学史培养学生科学思维—以“植物生长素的发现过程”为例

通过生物科学史培养学生科学思维—以“植物生长素的发现过程”为例

罗姣姣

陕西省汉中市洋县中学

摘要：以“植物生长素的发现过程”为例，利用生物科学史进行培养学生科学思维教学，引导学生自主学习、合作探究，主动构建知识结构体系，学生在感受和体验科学家的探索过程中分析科学知识的形成，萃取科学方法的精华，感悟科学精神的启迪，从而培养学生的科学思维和科学探究的能力。

关键词：科学思维；科学探究；批判性思维

新课程背景下，课堂教学的重点不再仅仅是课本知识的传授，更多的是要在传授知识的过程中培养学生的科学思维能力和掌握实验探究的方法，帮助学生建立科学的生命观念和强烈的社会责任感，而科学史教学正是实现这一教学目标的有效途径。现行高中生物学教材提供了丰富的科学史资源，生动地记录了科学家的研究过程，从中可以挖掘科学家的科学态度、科学精神和科学世界观，将其渗透到生物学教学中，对于培养学生的生物学素养具有积极作用。

现以“植物生长素的发现过程”的教学为例，引导学生对生物科学史进行深度学习，发挥科学教育的育人价值。

一、设计理念

生物科学史的教学不是简单地让学生记住这段历史和结论，而是要将探究性学习的教学方法整合其中，充分应用资料创设情景，让学生重走科学家探究之路，体验科学家发现问题、解决问题、深化认识的过程和探索的精神。生长素的发现过程在生物科学史上具有一定的代表性，它前后历时几十年，由几代科学家通过一系列实验完成，这些实验集中了科学研究的一般方法，也体现了科学家发现问题、解决问题的清晰思路，所以在高中生物学教学中是科学史教学的很好材料。

二、活动安排

创设情境：为什么植物生长过程中会出现朝向窗外的“歪脖子”现象？引发关注，激起学生探索的兴致。

设计实验：验证植物的向光性，补充实验材料的选择。

归纳思路：发现问题→提出假设→设计实验验证→形成结论。问题引导，逐步归纳。

经典重现：再现四位科学家的探究过程、材料方法、科学精神与启示。学生融入新情境，发散理性思维，体验科学探究的历程。

思考分析：生长素及其对植物向光性的解释。

形成概念：植物激素。

三、几点思考

1、萃取科学方法的精华

科学探究重在找出发现问题、解决问题的科学方法与过程。植物的向光性普遍存在，达尔文观察到这一现象，并率先设计实验探讨其中的原因，这就引出科学探究的第一步———发现问题。在设计实验时找到最佳的材料，保证单一变量原则和对照原则，利用锡箔纸遮光处理等等。可随着结论的获得，新的现象又出现了，即植物生长的部位是尖端下部，并非尖端。科学家们在此基础上，开启了新一轮的验证。最后不难归纳总结出科学探究的基本步骤：提出探究问题、设计实验方案、分析实验结果、得出实验推论等过程。，教师在教学中引导学生领悟科学家在研究中采用的科学方法及严谨的科学论证，有助于提升科学素养。

科学不仅是逻辑思维和实证方法构成的严谨体系，也包括直觉思维、大胆想象等非逻辑的思维方式。达尔文根据实验提出假说：尖端向下部传递了某种“影响”，使得背光面生长快于向光面。“影响”是看不见摸不着的，达尔文大胆想象，创造性地提出尖端会产生某种“影响”。正是达尔文的大胆假设，为科学家探索植物产生向光性的原因指引了方向。此外，教师可以借用科学家设计的实验，引导学生去发现实验设计中蕴含的创造性思维。例如，拜尔实验的巧妙之处：（１）拜尔创造性地把“植物向光性原因”中的外因和内因分开，在黑暗环境中研究内因—“影响”对生长的影响；（２）创设“影响”不同的方式很特别，一组将尖端放在去除尖端的胚芽鞘的左边，一组放在右边，这两组胚芽鞘形成对比实验。学生在惊叹科学家创造性思维的同时，也会自觉地模仿科学家思考问题。

2、建构科学知识的体系

科学知识是可以发生变化的，是发展的，科学知识的更新记录着人类对客观世界认识发展的历史。不同年代的多位科学家在探索植物向光性成因的道路上，是承前启后式的，前人的疑难问题就是后人探究的“触发点”。科学知识依赖人类的探索活动获得的证据，在新的证据下不断被补充和修正，同时新的科学知识又指导新的探索活动。设计问题串，铺就一条问题“暗线”，让学生循着科学家研究的足迹“按图索骥”，解决问题。围绕总览性问题——“植物为什么向光生长”，学生论证解决一系列问题：植物感受光刺激的部位是什么？单侧光照射后植物是否向尖端下部传递了某种刺激？这种刺激是不是一种物质？这种物质是否可以传递？向光性的形成机理是什么？环环相扣的问题的解决，可以让学生在体验科学家的探索活动中，建构“植物向光性原因”的模型，深入了解所学知识的形成和发展过程，从而形成科学知识体系，而不是孤立地、简单地记忆各实验的结论。

3、理性思维的贯穿

理性思维把问题串成有序的线条，在反复观察、质疑、推理、讨论和归纳中引导学生自主构建新的知识体系，合理解释生命现象。介绍达尔文的实验前，创设情境并自主思考，基本都能想到需进行科学实验。那么科学实验的思路是什么？材料有哪些？实验结果能否预测？接着，展示对比科学家和学生设计的实验，思考科学家为什么这样设计？从中反思总结。当然，四位科学家的实验设计也并非尽善尽美。学生在质疑权威的过程中、在学习行为自我反思中，可以培养思维的批判性。比如，教师引导学生归纳向光性的成因后，通过一个开放性问题“植物的向光性生长有没有其他的可能原因”引发学生的批判性思考。学生对自己的实验思路，是坚持还是否定，支持还是推翻，这都是在理性思维下会碰撞出的火花。科学的发展离不开批判性思维，一代代科学家就是在对前人的质疑与批判中渐渐接近真理。

以生物科学史为载体，教师挖掘科学史的深度和广度，引导学生探寻科学家研究的问题，领悟科学家严密的推理过程和经典的研究方法，领略科学家大胆的想象和巧妙的设计，使学生的思维活动更具主动性、分析性、独立性，减少盲从性。

参考文献

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［2］冯华．科学本质观：发挥科学教育育人价值的关键［Ｊ］．中小学管理，2019（11）：15－17．

［3］宋华强．从科学哲学的视角分析科学课堂教学：以“质量守恒定律”为例［Ｊ］．化学教育（中英文），2019（1）：27－30．